七年高考（2011-2017）高考物理试题分项精析 专题33 交变电流的产生以及描述

专题33 交变电流的产生以及描述一、单项选择题1【2011安徽卷】如图所示的区域内有垂直于纸面的匀强磁场，磁感应强度为B。电阻为R、半径为L、圆心角为45的扇形闭合导线框绕垂直于纸面的O轴以角速度匀速转动（O轴位于磁场边界）。则线框内产生的感应电流的有效值为 A B C D【答案】D 【考点定位】交流电的有效值，2【2011天津卷】在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，如图1所示，产生的交变电动势的图象如图2所示，则 At =0.005s时线框的磁通量变化率为零Bt =0.01s时线框平面与中性面重合C线框产生的交变电动势有效值为311VD线框产生的交变电动势的频率为100Hz【答案】B【解析】由图2可知，该交变电动势瞬时值的表达式为。当t=0.005s时，瞬时值e=311V，此时磁通量变化率最大，A错；同理当t=0.01s时，e=0V，此时线框处于中性面位置，磁通量最大，磁通量的变化率为零，B正确；对于正弦交变电流其有效值为Emax/ ，题给电动势的有效值为220V，C错；交变电流的频率为f=1/T=/2=50Hz，D错。【考点定位】交流电的产生，交流电图像3【2012北京卷】一个小型电热器若接在输出电压为10V的直流电源上，消耗电功率为P；若把它接在某个正弦交流电源上，其消耗的电功率为如果电热器电阻不变，则此交流电源输出电压的最大值为A5V B5V C10V D10V【答案】C 【考点定位】本题考查了交变电流的有效值4【2013海南卷】如图所示，水平桌面上固定有一半径为R的金属细圆环，环面水平，圆环每单位长度的电阻为r，空间有一匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向竖直向下；一长度为2R、电阻可忽略的导体棒置于圆环左侧并与环相切，切点为棒的中点。棒在拉力的作用下以恒定加速度a从静止开始向右运动，运动过程中棒与圆环接触良好。下列说法正确的是 A拉力的大小在运动过程中保持不变B棒通过整个圆环所用的时间为C棒经过环心时流过棒的电流为D棒经过环心时所受安培力的大小为【答案】D【解析】导体棒做匀加速运动，合外力恒定，由于受到的安培力随速度变化而变化，故拉力一直在变，A错误；设棒通过整个圆环所用时间为t，由匀速直线运动的基本关系式可知，解得运动时间：，B错误；由可知，棒经过圆心时的速度，此时的感应电动势，而金属环的两部分并联，等效电阻，故棒经过环心时的电流强度，C错误，此时棒受到的安培力的大小，D正确【考点定位】考查电磁感应、电路问题牛顿运动定委玎结合问题。5【2013福建卷】如图，实验室一台手摇交流发电机，内阻r=1.0，外接R=9.0的电阻。闭合开关S，当发动机转子以某一转速匀速转动时，产生的电动势e=（V），则（ ） A该交变电流的频率为10Hz B该电动势的有效值为VC外接电阻R所消耗的电功率为10W D电路中理想交流电流表的示数为1.0A【答案】D 【考点定位】考查了交变电流的有关知识、焦耳定律、闭合电路欧姆定律的应用问题，难度中等。6【2015全国新课标15】如图，直角三角形金属框abc放置在匀强磁场中，磁感应强度大小为B，方向平行于ab边向上。当金属框绕ab边以角速度逆时针转动时，a、b、c三点的电势分别为Ua、Ub、Uc。已知bc边的长度为l。下列判断正确的是 AUa Uc，金属框中无电流BUb Uc，金属框中电流方向沿a-b-c-aCUbc=-Bl，金属框中无电流DUbc=Bl，金属框中电流方向沿a-c-b-a【答案】C 【考点定位】导体切割磁感线【方法技巧】本题主要是理解感应电流产生的实质，有感应电流一定有感应电动势，而有感应电动势不一定有电流的。本题有两根导体棒切割磁感线，但穿过闭合线圈的磁通理没变。7【2015四川4】小型手摇发电机线圈共N匝，每匝可简化为矩形线圈abcd，磁极间的磁场视为匀强磁场，方向垂直于线圈中心轴OO，线圈绕OO匀速转动，如图所示。矩形线圈ab边和cd边产生的感应电动势的最大值都为e0，不计线圈电阻，则发电机输出电压 A峰值是e0 B峰值是2e0 C有效值是 D有效值是【答案】D【解析】由题意可知，线圈ab边和cd边产生的感应电动势的最大值都为e0，因此对单匝矩形线圈总电动势最大值为2e0，又因为发电机线圈共N匝，所以发电机线圈中总电动势最大值为2Ne0，根据闭合电路欧姆定律可知，在不计线圈内阻时，输出电压等于感应电动势的大小，即其峰值为2Ne0，故选项A、B错误；又由题意可知，若从图示位置开始计时，发电机线圈中产生的感应电流为正弦式交变电流，由其有效值与峰值的关系可知，U，即U，故选项C错误；选项D正确。【考点定位】对正弦式交变电流的产生原理的理解，以及其四值运算、闭合电路欧姆定律的应用。8【2013海南卷】通过一阻值R=100的电阻的交变电流如图所示，其周期为1s。电阻两端电压的有效值为 A12V B4V C15V D8V【答案】 B 【考点定位】考查交流电的有效值和欧姆定律。二、多项选择题1【2011四川卷】如图所示，在匀强磁场中匀速转动的矩形线圈的周期为T，转轴O1O2垂直于磁场方向，线圈电阻为2。从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，线圈转过60时的感应电流为1A。那么 A线圈消耗的电功率为4WB线圈中感应电流的有效值为2AC任意时刻线圈中的感应电动势为e=4cosD任意时刻穿过线圈的磁通量为=sin【答案】AC 【考点定位】正弦式电流的最大值和有效值、周期和频率；交流的峰值、有效值以及它们的关系2【2012广东卷】某小型发电机产生的交变电动势为，对此电动势，下列表述正确的有 A最大值是 B频率是100HzC有效值是 D周期是0.02s【答案】CD【解析】由电动势的表达式可知，最大值为，而有效值为：，A错误C正确；，故，周期，B错误D正确。故选CD【考点定位】本题考查了交变电流的表达式以及有效值等相关知识3【2015全国新课标19】1824年，法国科学家阿拉果完成了著名的“圆盘实验”。实验中将一铜圆盘水平放置，在其中心正上方用柔软细线悬挂一枚可以自由旋转的磁针，如图所示。实验中发现，当圆盘在磁针的磁场中绕过圆盘中心的竖直轴旋转时，磁针也随着一起转动起来，但略有滞后。下列说法正确的是 A圆盘上产生了感应电动势B圆盘内的涡电流产生的磁场导致磁针转动C在圆盘转动的过程中，磁针的磁场穿过整个圆盘的磁通量发生了变化D圆盘中的自由电子随圆盘一起运动形成电流，此电流产生的磁场导致磁针转动【答案】AB 【考点定位】 电磁感应【规律总结】把握磁通量的变化才是关键，根据对称性，圆盘磁通量始终等于零，无磁通量变化。4【2014天津卷】如图1所示，在匀强磁场中，一矩形金属线圈两次分别以不同的转速，绕与磁感线垂直的轴匀速转动，产生的交变电动势图象如图2中曲线a、b所示，则A两次t=0是时刻线圈平面均与中性面重合B曲线a、b对应的线圈转速之比为2：3C曲线a表示的交变电动势频率为25HzD曲线b表示的交变电动势有效值为10V【答案】AC【解析】线圈位于中性面时，磁通量最大、电动势为零，所以选项A正确；转速之比等于周期的反比，故该比值为3:2，故选项B错误；频率为周期的倒数，即，a的周期为0.04s，频率为25Hz，所以选项C正确；正弦交流电动势的有效值为，已知，且，故可知，所以选项D错误。【考点定位】交流电的产生、交流电的有效值5【2017天津卷】在匀强磁场中，一个100匝的闭合矩形金属线圈，绕与磁感线垂直的固定轴匀速转动，穿过该线圈的磁通量随时间按图示正弦规律变化。设线圈总电阻为2 ，则 At=0时，线圈平面平行于磁感线Bt=1 s时，线圈中的电流改变方向Ct=1.5 s时，线圈中的感应电动势最大D一个周期内，线圈产生的热量为【答案】AD 【考点定位】交变电流的规律和“四值问题”【名师点睛】本题要正确理解正弦交变电流的规律和法拉第电磁感应定律。三、非选择题1【2012安徽卷】图1是交流发电机模型示意图。在磁感应强度为的匀强磁场中，有一矩形线图abcd可绕线圈平面内垂直于磁感线的轴OO转动，由线圈引起的导线ae和df分别与两个跟线圈一起绕OO转动的金属圈环相连接，金属圈环又分别与两个固定的电刷保持滑动接触，这样矩形线圈在转动中就可以保持和外电话电阻形成闭合电路。图2是线圈的住视图，导线ab和cd分别用它们的横截面来表示。已知ab长度为L1，bc长度为L2，线圈以恒定角速度逆时针转动。（只考虑单匝线圈） （1）线圈平面处于中性面位置时开始计时，试推导t时刻整个线圈中的感应电动势e1的表达式；（2）线圈平面处于与中性面成0夹角位置时开始计时，如图3所示，试写出t时刻整个线圈中的感应电动势e2的表达式；（3）若线圈电阻为r，求线圈每转动一周电阻R上产生的焦耳热。（其它电阻均不计）【答案】（1）；（2）；（3） 【考点定位】此题考查交变电流的相关知识2【2012江苏卷】某兴趣小组设计了一种发电装置，如图所示. 在磁极和圆柱状铁芯之间形成的两磁场区域的圆心角琢均为49仔，磁场均沿半径方向. 匝数为N的矩形线圈abcd的边长ab =cd =、bc =ad=2. 线圈以角速度棕绕中心轴匀速转动，bc和ad边同时进入磁场. 在磁场中，两条边所经过处的磁感应强度大小均为B、方向始终与两边的运动方向垂直。线圈的总电阻为r，外接电阻为R。求： （1）线圈切割磁感线时，感应电动势的大小Em；（2）线圈切割磁感线时，bc边所受安培力的大小F；（3）外接电阻上电流的有效值I。【答案】（1） （2）（3） 【考点定位】本题考查电磁感应、交流电及其相关知识10